För ett rätt bra tag sen skrev jag ett inlägg om litiumjon-batterier och om ett nytt material som, om det väl kommer ut på marknaden, skulle kunna göra litiumjon-batterierna bättre och säkrare. Eftersom batterier är så viktiga som de är finns det emellertid fler forskare som försöker hitta batterimaterialet som löser alla problem, och fler förslag på hur det skulle kunna se ut. Det här inlägget handlar om ett annat sådant material, av en helt annan typ, som kanske kan bli en färdig produkt snabbare. Eller...?
Precis som i det förra inlägget handlar det om ett så kallat elektrolytmaterial, alltså det skikt i batteriet som leder litiumjoner från ena sidan till den andra (en längre förklaring finns i det förra inlägget). I det här fallet består elektrolyten av två komponenter: ett mineral som innehåller litiumjoner och en så kallad polymer. Uppfinnarna, som är knutna till det amerikanska startup-företaget Ionic Materials, hävdar att detta är ett vinnande koncept när det gäller både effektivitet och säkerhet, och har demonstrerat att deras batterier fungerar även när de klippts itu på mitten (gör inte detta med ditt mobilbatteri, det kan explodera). Jag har dock inte kunnat hitta någon vetenskaplig artikel som beskriver deras upptäckt. Den detaljerade information som finns tillgänglig, finns i deras patent.
Så vad är det som är så fantastiskt med en polymer-elektrolyt? Polymerer är en grupp av ämnen där molekylerna består av många mindre molekyler av samma sort som skapat kemiska bindningar mellan sig och därmed bildar en enda molekyl, lite som länkar bildar en kedja. Många, men inte alla, av de polymerer vi träffar på dagligen är vad vi kallar "plaster", som polyeten (i plastpåsar) eller polystyren (engångsmuggar), men både stärkelse och cellulosa räknas som polymerer eftersom de är uppbyggda som en kedja av glukosmolekyler.
Eftersom polymerer är så stora molekyler har de lite speciella egenskaper. Den som är viktigast här är att de inte stelnar på samma sätt som andra material när de kyls ner. Om vi kyler ner vatten under fryspunkten bildas iskristaller, där vattenmolekylerna sitter i regelbundna mönster som upprepar sig genom hela kristallen. Eftersom polymererna är så långa är det svårt att få dem att ordna sig i ett regelbundet mönster när man kyler ner dem, så istället hamnar de lite hur som. Ett fast material där molekylerna inte är ordnade som i en kristall räknas som en typ av glas, så därför hör man ofta att polymerer har en "glastemperatur" istället för en fryspunkt eller smältpunkt (som ju vatten har, t.ex). Lite mer komplicerat blir det dock med vissa polymerer, där delar av molekylerna hinner ordna sig till en kristall, men inte hela. Hur stor andel av polymeren som blir en kristall beror till exempel på hur fort man kyler ner den.
Det finns mycket forskning på polymerer i elektrolyter. Ofta verkar polymeren bilda en sorts nätverk som ger stadga åt batteriet, medan ett annat ämne som blandats in i polymeren gör att jonerna kan passera. Emellertid verkar tidigare polymer-elektrolyter ha varit beroende av att polymermolekylerna kan röra sig lite för att litiumjonerna ska kunna passera, vilket har gjort att man fokuserat på polymerer där bara en liten andel blivit kristall och att elektrolyterna fungerar som bäst vid lite högre temperaturer (ca 70 grader verkar vanligt). Det forskarna från Ionic Materials hävdar att de hittat en polymer-elektrolyt som helt undviker de problemen, och som i själva verket fungerar bäst om en större andel av polymeren lyckats bilda kristaller. Den lär yttermera visso vara lätt att producera och fungera bra ihop med själva elektroderna i batteriet.
Exakt hur nära Ionic Materials är att göra en faktisk, användbar produkt är lite svårt att avgöra eftersom vi i praktiken bara har deras egna uppgifter på hur bra materialet är. Hade det funnits en vetenskaplig artikel i en seriös tidskrift så hade det inneburit åtminstone nån sorts rimlighetskoll, men nu finns det inte det. De verkar också gå i en lite annan riktning än tidigare forskning genom att använda en mer kristallin polymer. Å andra sidan verkar de kunna visa upp ett fungerande batteri, och det är svårt att inte hoppas att de lyckas.
Oavsett så var det ju en bra ursäkt för att skriva lite om polymerer, eller hur?
onsdag 11 juli 2018
torsdag 10 maj 2018
Det är faktiskt svårt att faktagranska en känsla
Jag är inte expert på nåt område som är relevant för den här frågan utan skriver om den mest p.g.a. ett intresse för faktagranskningar, "debunkings" och vad de egentligen kan tillämpas på. Ta det för vad det är.
Faktiskt.se, den nya faktagranskningssidan där DN, SvD, KIT, SVT och SR ska avgöra vad som är sant eller falskt i nyhetsflödet, hann inte vara igång särskilt länge innan det blev debatt. SVT och DN lade båda upp granskningar av LO:s påståenden, på Twitter och i en reklamfilm, om några av Alliansens politiska förslag. De tre utvalda påståendena, om att "Moderaterna vill sänka löner" och att "med Moderaternas förslag blir alla provanställda på livstid" (SVT) och
"Alliansen vill avskaffa fasta anställningar" (DN), gavs samtliga etiketten "helt falskt". Detta ledde till kritik från LO och andra på samma kant, som ansåg att påståendena istället var helt sanna.
Det har diskuterats på andra håll, exempelvis i Sveriges Radios program "Medierna" (programmet från den 28:e april), hur påståendena kan tolkas på olika sätt och inte är helt felaktiga om man ser till troliga effekter av Alliansens förslag. Emellertid finns det en annan aspekt, framför allt på de påståenden som hämtats från reklamfilmen, som jag inte sett nån reda ut ordentligt. I en intervju i Fokus (olyckligtvis bakom betalvägg) hävdar LO:s planerings- och kommunikationschef Eric Sundström att det som uttrycks i reklamfilmen är enskilda LO-medlemmars oro för vad Alliansförslaget ska föra med sig, snarare än faktapåståenden om det lagda förslaget. Och ingen ska minsann tala om för LO-medlemmar hur de får uttrycka sin oro, tycker han.
Oro är en känsla. Kan man faktagranska känslor? Kan man faktagranska känslor i reklam?
Med att faktagranska känslor menar jag i det här fallet att man försöker avgöra, inte om känslorna är genuina, utan om de kan ses som befogade. Är det rimligt att oroa sig för att fasta anställningar försvinner om LAS förändras? Är det vettigt att oroa sig för generella lönesänkningar om det lagstiftas om lägre lön för vissa grupper?
Till skillnad från faktafrågorna, där man faktiskt kan komma fram till ett otvetydigt svar om man bara tar sig tid att definiera frågan ordentligt, så kommer frågan om vad det är rimligt att känna alltid att vara subjektiv. Den hänger förståss ihop med om känslan framkallats av korrekt eller inkorrekt information, men även om alla skulle ha tillgång till samma information skulle inte alla göra samma bedömning. Som individer lägger vi olika stor vikt vid olika aspekter och värdesätter olika saker - nån inte värdesätter trygghet kan reagera annorlunda på t.ex. LAS-förslaget än nån som ser trygghet som viktigt. Är man bara en vanlig individ vid ett vanligt kaffebord, utan filmkamera, är det väl strängt taget också ens ensak. Ingen annan kan egentligen bestämma vad man borde känna.
Emellertid så var det ju fråga om en reklamfilm, och då blir det en annan sak. Jag är inte medieforskare, men som vanlig enkel konsument ser jag reklamfilmer framför allt som försök att inge mig en viss känsla och knyta den till en viss företeelse. Visst, det kan förekomma fakta om priser, prestanda, kalorier etc., men klädreklamen jag sett på YouTube de senaste veckorna fokuserar ändå på att visa mig osannolikt lyckliga kvinnor som dansar omkring i romantiskt pastellfärgade miljöer - inte på t.ex. materialval eller om deras byxor finns i en extra lång modell. På samma sätt tolkar jag LO-filmen som ett försök att föra över oro för Allianspolitiken till mig som tittare. I slutänden vill man förståss skapa debatt och sprida information, men man gör det via känslofokuserad kommunikationsform. Då blir det plötsligt viktigt att kunna diskutera hur rimliga känslorna är, och att hänvisa till att det är en enskild individs funderingar och oro blir en dimridå. Det är trots allt en stor organisation som valt att visa just den här individens oro, i just dessa formuleringar och med ett visst syfte.
LO är naturligtvis inte de enda som kommer att spela på våra känslor detta valår - det lär alla försöka göra. De lär inte heller vara de enda som hänvisar till enskildas rädsla, oro eller ilska istället för till hårda fakta när de argumenterar för sin ståndpunkt. Och faktagranskning i all ära, men jag tror inte att faktiskt.se är rustade för att granska den typen av argument.
Hur ska man göra det istället? Jag vet inte.
söndag 29 april 2018
Ett annat sätt att kommunicera forskning?
I slutet av mina doktorandstudier, när jag skulla börja skriva min avhandling, berättade en av mina handledare en anekdot om en doktorand som lade in ett par rutor ur en Kalle Anka-tidning som en figur i andra halvan av sin avhandling. Inte för att den på nåt sätt hade med ämnet att göra, utan för att han var helt säker på att inte ens opponenten (som ändå ska göra en ordentlig granskning) skulle läsa så långt. Om nån upptäckte tilltaget eller inte ingick inte i anekdoten, men den ger ändå en utmärkt illustration av attityden kring akademiska texter inom naturvetenskap. I ditt forskarliv förväntas du producera en inte oansenlig mängd text enligt en bestämd mall, men räkna inte med att någon kommer att läsa mer än sammanfattningen, bildtexterna och möjligen resultat- och metoddelarna. Resten är endast en formsak.
Samtidigt som en stor del av innehållet i akademiska texter alltså egentligen är rätt onödigt är det mycket som inte finns med, eller åtminstone inte kommer till sin rätt. På grund av begränsat utrymme och den tryckta textens (eller den e-publicerade pdf-filens) statiska natur blir figurer och tabeller mindre och otydligare än de kunde ha varit. När du analyserat din data och plottat en figur med t.ex. Matplotlib kan du zooma i den och ta reda på exakta värden i viktiga punkter. Är det en figur som gör sig bättre i 3D kan du oftast rotera den. I den publicerade texten är figuren platt och låst i det perspektiv som artikelförfattaren bestämt.
En kommunikationsform som skulle kunna lösa det sistnämnda problemet och som ofta framställs som ett alternativ till vanliga vetenskapliga artiklar är så kallade "notebooks", dokument där förklarande text och matematiska formler varvas med programkod. Har man tillgång till samma mjukvara som den som skrev dokumentet kan man köra kodstyckena interaktivt, zooma som man vill i figurerna och dubbelkolla analyserna. Formatet har sitt ursprung hos Wolfram Mathematica men har spritt sig till open source-världen i form av Jupyter notebooks. I den senaste artikeln jag läst där notebooks beskrivs som framtiden för vetenskapliga publikationer framhålls hur detta skulle kunna motverka problemet med icke reproducerbara resultat genom att göra de bakomliggande analyserna lättare att granska.
Jag har arbetat i Jupyter notebooks på senare tid som en del i en online-kurs i maskininlärning, och jag kan absolut se poängen med formatet. Det underlättar när man behöver kombinera exempel i text med exempel i kod, så om inte annat är det ett utmärkt undervisningsverktyg. Å andra sidan gör kombinationen med vanlig text och figurer att det inte är rätt format för den mest komplicerade eller omfattande koden, som fortfarande får ligga i egna moduler eller klasser (ja, jag kör Python) utanför själva notebook-dokumentet. Det gör att det inte nödvändigtvis blir transparent och lätt att följa bara för att det är en notebook.
Kanske kan notebooks bidra till att akademiska texter innehåller mindre av det som ingen läser, och mer relevant information. Men antagligen kommer någon att försöka smyga in seriestrippar i dem i alla fall.
Samtidigt som en stor del av innehållet i akademiska texter alltså egentligen är rätt onödigt är det mycket som inte finns med, eller åtminstone inte kommer till sin rätt. På grund av begränsat utrymme och den tryckta textens (eller den e-publicerade pdf-filens) statiska natur blir figurer och tabeller mindre och otydligare än de kunde ha varit. När du analyserat din data och plottat en figur med t.ex. Matplotlib kan du zooma i den och ta reda på exakta värden i viktiga punkter. Är det en figur som gör sig bättre i 3D kan du oftast rotera den. I den publicerade texten är figuren platt och låst i det perspektiv som artikelförfattaren bestämt.
En kommunikationsform som skulle kunna lösa det sistnämnda problemet och som ofta framställs som ett alternativ till vanliga vetenskapliga artiklar är så kallade "notebooks", dokument där förklarande text och matematiska formler varvas med programkod. Har man tillgång till samma mjukvara som den som skrev dokumentet kan man köra kodstyckena interaktivt, zooma som man vill i figurerna och dubbelkolla analyserna. Formatet har sitt ursprung hos Wolfram Mathematica men har spritt sig till open source-världen i form av Jupyter notebooks. I den senaste artikeln jag läst där notebooks beskrivs som framtiden för vetenskapliga publikationer framhålls hur detta skulle kunna motverka problemet med icke reproducerbara resultat genom att göra de bakomliggande analyserna lättare att granska.
Jag har arbetat i Jupyter notebooks på senare tid som en del i en online-kurs i maskininlärning, och jag kan absolut se poängen med formatet. Det underlättar när man behöver kombinera exempel i text med exempel i kod, så om inte annat är det ett utmärkt undervisningsverktyg. Å andra sidan gör kombinationen med vanlig text och figurer att det inte är rätt format för den mest komplicerade eller omfattande koden, som fortfarande får ligga i egna moduler eller klasser (ja, jag kör Python) utanför själva notebook-dokumentet. Det gör att det inte nödvändigtvis blir transparent och lätt att följa bara för att det är en notebook.
Kanske kan notebooks bidra till att akademiska texter innehåller mindre av det som ingen läser, och mer relevant information. Men antagligen kommer någon att försöka smyga in seriestrippar i dem i alla fall.
fredag 30 mars 2018
Piezoelektriska tyger som tål vatten
När jag läste till min mastersexamen i fysik gick jag bland annat en kurs i funktionella material, och som en del av den läste jag in mig på så kallade smarta textilier. Smarta textilier är ett rätt brett begrepp, men kopplas oftast ihop med tyger som har invävda elektriska komponenter och kan mäta saker - en tröja som mäter EKG, gardiner som mäter temperatur och luftkvalitet, och så vidare.
Eftersom så många vardagsföremål är eller innehåller textilier är det lätt att hitta på spännande användningsområden för smarta textilier. Det verkar vara desto svårare att faktiskt få folk att använda dem - åtminstone har jag inte träffat på några produkter med smarta textilier än och första gången jag kom i kontakt med ämnet var för nästan 10 år sen. Man kan misstänka att det har att göra med att själva den "smarta" delen, den invävda elektroniken, har egenskaper som inte riktigt går ihop med det vi normalt sätt väntar oss av tyg. Elektriskt ledande tråd är i regel av metall, vilket kan bli obekvämt i ett klädesplagg, eller gjord av en elastisk polymer (alltså, en typ av plastmaterial) med kimrök i. Kimrök är svart (kallas också carbon black, för övrigt) så då blir ju färgerna lite begränsade. Dessutom kan elektroniken ha svårt att tåla inte bara vattentvätt utan också regn och till och med svett, på grund av risken att vätan skapar elektrisk kontakt mellan olika komponenter och därmed kortsluter dem.
Emellertid fick jag i veckan nys om en nyutvecklad smart textilie som inte har något problem med fukt, tvärtom. Det handlar om ett piezoelektriskt tyg som kan användas för att utvinna rörelseenergi, utvecklat av bland andra Chalmers Tekniska Högskola och Textilhögskolan i Borås (artikeln finns här). I piezoelektriska material skapar mekanisk belastning (att man drar i/trycker på dem, till exempel) ett elektriskt fält. De flesta piezoelektriska material uppvisar också den omvända effekten och börjar röra på sig om de utsätts för elektriska fält.
Det piezoelektriska tyget innehåller PVDF, ett plastmaterial som kan vara piezoelektriskt om man producerar det på rätt sätt. Tanken är att mekanisk belastning på tyget ska leda till att elektriska fält bildas i PVDF-trådarna (tack vare de piezoelektriska egenskaperna), och att man sen ska kunna använda den elektriska energin för att t.ex. ladda ett batteri. Den mekaniska belastningen kan komma från rörelser hos den som använder tyget, t.ex. om det finns insytt i remmen till en väska och personen som bär väskan går i trappor.
För att kunna dra nytta av det elektriska fältet måste det dock kunna generera en elektrisk ström, vilket betyder att man behöver konstruera en sluten elektrisk krets. Man behöver då två elektriskt ledande trådar i nära kontakt med den piezoelektriska tråden. I det här fallet har man löst det genom att spinna en elektriskt ledande tråd och det piezoelektriska materialet tillsammans på ett sådant sätt att det piezoelektriska materialet bildar ett hölje runt den elektriskt ledande syntettråden. Sen har man använt den tråden som varp (trådarna som sitter i vävstolen från början) och en annan elektriskt ledande tråd som inslag i tyget (tråden som man väver med, den som sitter i skytteln om man väver för hand). För att sluta kretsen använder man sen de ledande trådarna från både varpen och inslaget.
Anledningen till att den här varianten av smarta textilier inte är så vattenkänslig är just att den ena ledande komponenten är inkapslad i ett icke-ledande material (PVDF). Det innebär att även om tyget blir blött så blir det ingen direkt elektriskt kontakt mellan elektroderna, och därför ingen kortslutning. Det gäller förståss bara så länge PVDF-höljet är intakt, så man kan misstänka att slitage kommer att få tyget att fungera sämre och sämre. Trots det är det som alltid lätt att hitta på tillämpningar - en väska som laddar mobilen åt en kanske?
Eftersom så många vardagsföremål är eller innehåller textilier är det lätt att hitta på spännande användningsområden för smarta textilier. Det verkar vara desto svårare att faktiskt få folk att använda dem - åtminstone har jag inte träffat på några produkter med smarta textilier än och första gången jag kom i kontakt med ämnet var för nästan 10 år sen. Man kan misstänka att det har att göra med att själva den "smarta" delen, den invävda elektroniken, har egenskaper som inte riktigt går ihop med det vi normalt sätt väntar oss av tyg. Elektriskt ledande tråd är i regel av metall, vilket kan bli obekvämt i ett klädesplagg, eller gjord av en elastisk polymer (alltså, en typ av plastmaterial) med kimrök i. Kimrök är svart (kallas också carbon black, för övrigt) så då blir ju färgerna lite begränsade. Dessutom kan elektroniken ha svårt att tåla inte bara vattentvätt utan också regn och till och med svett, på grund av risken att vätan skapar elektrisk kontakt mellan olika komponenter och därmed kortsluter dem.
Emellertid fick jag i veckan nys om en nyutvecklad smart textilie som inte har något problem med fukt, tvärtom. Det handlar om ett piezoelektriskt tyg som kan användas för att utvinna rörelseenergi, utvecklat av bland andra Chalmers Tekniska Högskola och Textilhögskolan i Borås (artikeln finns här). I piezoelektriska material skapar mekanisk belastning (att man drar i/trycker på dem, till exempel) ett elektriskt fält. De flesta piezoelektriska material uppvisar också den omvända effekten och börjar röra på sig om de utsätts för elektriska fält.
Det piezoelektriska tyget innehåller PVDF, ett plastmaterial som kan vara piezoelektriskt om man producerar det på rätt sätt. Tanken är att mekanisk belastning på tyget ska leda till att elektriska fält bildas i PVDF-trådarna (tack vare de piezoelektriska egenskaperna), och att man sen ska kunna använda den elektriska energin för att t.ex. ladda ett batteri. Den mekaniska belastningen kan komma från rörelser hos den som använder tyget, t.ex. om det finns insytt i remmen till en väska och personen som bär väskan går i trappor.
För att kunna dra nytta av det elektriska fältet måste det dock kunna generera en elektrisk ström, vilket betyder att man behöver konstruera en sluten elektrisk krets. Man behöver då två elektriskt ledande trådar i nära kontakt med den piezoelektriska tråden. I det här fallet har man löst det genom att spinna en elektriskt ledande tråd och det piezoelektriska materialet tillsammans på ett sådant sätt att det piezoelektriska materialet bildar ett hölje runt den elektriskt ledande syntettråden. Sen har man använt den tråden som varp (trådarna som sitter i vävstolen från början) och en annan elektriskt ledande tråd som inslag i tyget (tråden som man väver med, den som sitter i skytteln om man väver för hand). För att sluta kretsen använder man sen de ledande trådarna från både varpen och inslaget.
Anledningen till att den här varianten av smarta textilier inte är så vattenkänslig är just att den ena ledande komponenten är inkapslad i ett icke-ledande material (PVDF). Det innebär att även om tyget blir blött så blir det ingen direkt elektriskt kontakt mellan elektroderna, och därför ingen kortslutning. Det gäller förståss bara så länge PVDF-höljet är intakt, så man kan misstänka att slitage kommer att få tyget att fungera sämre och sämre. Trots det är det som alltid lätt att hitta på tillämpningar - en väska som laddar mobilen åt en kanske?
lördag 24 februari 2018
Science on the Verge: till källorna
Det finns tre inlägg på den här bloggen från det senaste halvåret som handlar om boken Science on the Verge. Varje inlägg handlar om ett kapitel i boken och en kort sammanfattning av alla tre är "kapitlet tar upp en viktig fråga, ger en tankeväcknde bakgrund och en intressant problembeskrivning, men den stora Lösningen är så kallad post-normal vetenskap och de har fortfarande inte gett nån tillfredsställande förklaring till vad det är". När jag började läsa det fjärde kapitlet slog det mig att man nog skulle kunna säga samma sak där, så det kändes lite överflödigt. Istället tänkte jag gå till källorna och försöka ta reda på vad som egentligen menas med "post-normal vetenskap" genom att gå igenom artikeln "Science for the post-normal age" av Silvio O. Funtowicz och Jerome R. Ravetz, publicerad i tidskriften Futures i september 1993.
Att på det här sättet gå över från en bok som (påstås det) är skriven för en bredare publik till en akademisk artikel är inte helt problemfritt eftersom det är ett område jag inte är insatt i. Eftersom det förmodligen är det enda vettiga sättet att faktiskt förstå vad de menar i boken kan det ändå vara värt risken att missa eller totalt missförstå något. Det jag skriver här är sist och slutligen mina personliga reflektioner.
I sin artikel målar Funtowicz och Ravetz upp en kontrast mellan traditionell vetenskap, som enligt dem domineras av reduktionism, kontroll och låg osäkerhet, och en nyare vetenskap som krävs för att hantera komplexa utmaningar och som ska domineras av holism, komplexitet och explicit formulerade värderingar. I sin beskrivning av det de kallar traditionell vetenskap tar de avstamp i Kuhns paradigmteori och framför allt i det han kallade "normal vetenskap", alltså det problemlösande kunskapsinsamlande som pågår mellan paradigmskiftena. De hävdar att denna normala vetenskap aldrig behöver handskas med metodologiska problem eller oklarheter i teoriers och metoders tillämplighet, och att man inom normal vetenskap undertrycker alla typer av osäkerhet. Dessutom påstår de att det fram tills nu varit en väl bevarad hemlighet att vetenskapliga fakta kan vara av olika kvalitet och inte alltid är lika säkra.
Jag anser att beskrivningen av normal vetenskap som rensad från osäkerhet och metodologiska problem är fundamentalt felaktig, om den ska vara en beskrivning av nutida vetenskaplig forskning. De forskare jag arbetat med eller läst artiklar av är väl medvetna om vilka felkällor och osäkerheter som kan finnas i dera mätningar, och om gränserna för hur man kan tillämpa teoretiska modeller. Funtowicz och Ravetz framställer det som att forskare bara rutinmässigt samlar data och matar in dem i standardiserade modeller för att få ut ett väntat resultat, men det skulle förvåna mig högeligen om flertalet aktiva forskare delar den bilden. Vad gäller påståendet om att kvalitetsskillnader i forskningsresultat inte varit kända så kanske det var den allmäna bilden av vetenskap 1993 (jag var i full färd med att gå i lågstadiet då, så jag vet inte) men att det skulle ha varit så inom forskarsamhället är jag mycket skeptisk till.
Alltnog, Funtowicz och Ravetz går vidare till att beskriva sin uppfattning om olika typer av vetenskaplig problemlösning. De delar in den i fyra delar rangordnade efter hur mycket osäkerhet och hur höga risker de hanterar, "grundforskning/basic research" (minst osäkerhet/risk), "tillämpad forskning", "professionell rådgivning/professional consultancy", och naturligtvis post-normal vetenskap (störst osäkerhet/risk). Av dessa fyra är "grundforskning" och "tillämpad forskning" etablerade begrepp som de har valt att omdefiniera på ett sätt som passar dem, d.v.s. så att de endast innefattar det som kanske skulle kunna motsvara deras beskrivning av "normal vetenskap". (Detta skulle alltså innebära att grundforskning aldrig innebär utvecklande av nya metoder när de gamla inte duger, och att man alltid är säker på att få ett bra resultat - något som ter sig rätt lustigt ur ett fysikerspektiv.) Författarna undantar explicit exempelvis Galileos, Darwins och Einsteins forskning från detta eftersom "revolutionerande och sant innovativ forskning naturligtvis inte hör till denna kategori."
"Professionell rådgivning" är en rätt märklig kategori. Här släpper författarna in alla de metodproblem och avvägningar som de anser inte får plats i "grundforskning" eller "tillämpad forskning", samtidigt som de begränsar kategorin till forskning på uppdrag av en bestämd arbetsgivare (företag eller myndighet). De visar också på ökade risker, t.ex. att ett felaktigt beslut av någon i den här kategorin kan skada människor eller förstöra karriärer. Exemplen de tar upp rör praktiserande läkare, arkitekter och ingenjörer. Detta är lite förbryllande eftersom samtliga dessa yrkesgrupper tillämpar vetenskapliga rön, men inte nödvändigtvis måste bedriva forskning.
Slutligen har vi då post-normal vetenskap, där riskerna är enorma (klimathot och miljöförstöring) och osäkerheten även omfattar etiska och moraliska spörsmål. Här diskuterar författarna två av sina huvudpoänger, nämligen relationen mellan fakta och värderingar och principen om utvidgat deltagande ("extended peer groups", försök översätta den om ni kan).
Relationen mellan fakta och värderingar i post-normal vetenskap kan enligt författarna formuleras på två sätt: Antingen har värderingar blivit viktigare än fakta eftersom det är värderingsdrivna beteendeförändringar som kan motverka t.ex. klimatförändringar, eller så har gränserna mellan fakta och värderingar helt suddats ut. Argumentet för det senare verkar vara att både fakta och etik är osäkra i den typ av situationer och problem som post-normal vetenskap appliceras på.
Ett problem jag ser med ovanstående är den kvalitativa skillnaden mellan en beskrivande utsaga om världen, t.ex. "effekterna av klimatförändringar kan leda till fler krig" eller "krig orsakar enorma skador på människor och samhällen" (fakta) och en uppfattning om vad som är önskvärt/moraliskt, t.ex. "enorma skador på människor och samhällen är dåligt" (som jag skulle säga är en värdering, om än rätt okontroversiell). Funtowicz och Ravetz presenterar inga övertygande argument för att fakta och värderingar inte går att skilja åt. Det är också oklart varför de ena är viktigare än de andra när vi pratar åtgärder mot till exempel klimatförändringar. Vi behöver fakta för att få en uppfattning om vad som kan hända och vilka åtgärder som kan vara effektiva, och våra värderingar kan säga oss vilka åtgärder som är önskvärda eller politiskt genomförbara.
Sen var det "extended peer groups". Idén, som är den del av post-normal vetenskap jag tycker är mest intressant, är att bredare grupper behöver bli involverade i att kontrollera kvaliteten på vetenskapliga resultat. Exemplen som framför allt tas upp är människor som drabbas av utsläpp, miljöförstörelse eller tidigare okända sjukdomar. Dessa grupper anses ha besitta värdefull information i form av "utvidgade fakta", t.ex. anekdoter ("They will also have 'extended facts', including anecdotes, informal surveys, and official information published by inofficial means.").
Här saknar jag verkligen en diskussion kring exakt hur man använder sådan "utvidgad fakta" för att få en bättre bild av verkligheten och fatta bättre beslut. Jag anser att den typen av information borde kunna fungera som underlag till mer djupgående och mer kontrollerade studier, men inte ska behandlas på samma sätt som vetenskapliga resultat. Det beror inte på att det ena presenteras av icke-experter och det andra av forskare, utan på att den vetenskapliga metoden hjälper oss att undvika en hel del av de fallgropar vi alla lätt hamnar i när vi ska tolka anekdoter eller dra slutsatser från vad vi hört när vi pratat med folk om ett problem. Tyvärr tror jag inte att detta är vad Funtowicz och Ravetz menar, eftersom de tar upp så kallad komplementär medicin (traditionell medicin kombinerat med alternativa behandlingar utan vetenskapligt bekräftad effekt) som ett positivt exempel.
Slutligen, några ord om författarnas allmänna attityd till vetenskap, som verkar vara genomgående negativ. Precis som i boken Science on the Verge använder de värdeladdade uttryck i vad som borde varit neutrala beskrivningar (de hävdar t.ex. att så kallad "normal vetenskap" är anti-intellektuell och antyder att den är lika dogmatisk som religiös extremism). Detta i kombination med den förvånande bristen på referenser gör att jag har svårt att ta författarna på allvar. De har konstruerat en modell av "normal vetenskap" som är fundamentalt oapplicerbar på mycket av den forskning som faktiskt bedrivs, bortser från de aspekter av akademisk forskning som inte passar dem, blandar ihop viktiga begrepp utan att argumentera för det, och för grunda och förenklade resonemang kring sina huvudpoänger. Det är möjligt att problemen de beskriver behöver en lösning, men den behöver i så fall vara betydligt mer genomtänkt.
Att på det här sättet gå över från en bok som (påstås det) är skriven för en bredare publik till en akademisk artikel är inte helt problemfritt eftersom det är ett område jag inte är insatt i. Eftersom det förmodligen är det enda vettiga sättet att faktiskt förstå vad de menar i boken kan det ändå vara värt risken att missa eller totalt missförstå något. Det jag skriver här är sist och slutligen mina personliga reflektioner.
I sin artikel målar Funtowicz och Ravetz upp en kontrast mellan traditionell vetenskap, som enligt dem domineras av reduktionism, kontroll och låg osäkerhet, och en nyare vetenskap som krävs för att hantera komplexa utmaningar och som ska domineras av holism, komplexitet och explicit formulerade värderingar. I sin beskrivning av det de kallar traditionell vetenskap tar de avstamp i Kuhns paradigmteori och framför allt i det han kallade "normal vetenskap", alltså det problemlösande kunskapsinsamlande som pågår mellan paradigmskiftena. De hävdar att denna normala vetenskap aldrig behöver handskas med metodologiska problem eller oklarheter i teoriers och metoders tillämplighet, och att man inom normal vetenskap undertrycker alla typer av osäkerhet. Dessutom påstår de att det fram tills nu varit en väl bevarad hemlighet att vetenskapliga fakta kan vara av olika kvalitet och inte alltid är lika säkra.
Jag anser att beskrivningen av normal vetenskap som rensad från osäkerhet och metodologiska problem är fundamentalt felaktig, om den ska vara en beskrivning av nutida vetenskaplig forskning. De forskare jag arbetat med eller läst artiklar av är väl medvetna om vilka felkällor och osäkerheter som kan finnas i dera mätningar, och om gränserna för hur man kan tillämpa teoretiska modeller. Funtowicz och Ravetz framställer det som att forskare bara rutinmässigt samlar data och matar in dem i standardiserade modeller för att få ut ett väntat resultat, men det skulle förvåna mig högeligen om flertalet aktiva forskare delar den bilden. Vad gäller påståendet om att kvalitetsskillnader i forskningsresultat inte varit kända så kanske det var den allmäna bilden av vetenskap 1993 (jag var i full färd med att gå i lågstadiet då, så jag vet inte) men att det skulle ha varit så inom forskarsamhället är jag mycket skeptisk till.
Alltnog, Funtowicz och Ravetz går vidare till att beskriva sin uppfattning om olika typer av vetenskaplig problemlösning. De delar in den i fyra delar rangordnade efter hur mycket osäkerhet och hur höga risker de hanterar, "grundforskning/basic research" (minst osäkerhet/risk), "tillämpad forskning", "professionell rådgivning/professional consultancy", och naturligtvis post-normal vetenskap (störst osäkerhet/risk). Av dessa fyra är "grundforskning" och "tillämpad forskning" etablerade begrepp som de har valt att omdefiniera på ett sätt som passar dem, d.v.s. så att de endast innefattar det som kanske skulle kunna motsvara deras beskrivning av "normal vetenskap". (Detta skulle alltså innebära att grundforskning aldrig innebär utvecklande av nya metoder när de gamla inte duger, och att man alltid är säker på att få ett bra resultat - något som ter sig rätt lustigt ur ett fysikerspektiv.) Författarna undantar explicit exempelvis Galileos, Darwins och Einsteins forskning från detta eftersom "revolutionerande och sant innovativ forskning naturligtvis inte hör till denna kategori."
"Professionell rådgivning" är en rätt märklig kategori. Här släpper författarna in alla de metodproblem och avvägningar som de anser inte får plats i "grundforskning" eller "tillämpad forskning", samtidigt som de begränsar kategorin till forskning på uppdrag av en bestämd arbetsgivare (företag eller myndighet). De visar också på ökade risker, t.ex. att ett felaktigt beslut av någon i den här kategorin kan skada människor eller förstöra karriärer. Exemplen de tar upp rör praktiserande läkare, arkitekter och ingenjörer. Detta är lite förbryllande eftersom samtliga dessa yrkesgrupper tillämpar vetenskapliga rön, men inte nödvändigtvis måste bedriva forskning.
Slutligen har vi då post-normal vetenskap, där riskerna är enorma (klimathot och miljöförstöring) och osäkerheten även omfattar etiska och moraliska spörsmål. Här diskuterar författarna två av sina huvudpoänger, nämligen relationen mellan fakta och värderingar och principen om utvidgat deltagande ("extended peer groups", försök översätta den om ni kan).
Relationen mellan fakta och värderingar i post-normal vetenskap kan enligt författarna formuleras på två sätt: Antingen har värderingar blivit viktigare än fakta eftersom det är värderingsdrivna beteendeförändringar som kan motverka t.ex. klimatförändringar, eller så har gränserna mellan fakta och värderingar helt suddats ut. Argumentet för det senare verkar vara att både fakta och etik är osäkra i den typ av situationer och problem som post-normal vetenskap appliceras på.
Ett problem jag ser med ovanstående är den kvalitativa skillnaden mellan en beskrivande utsaga om världen, t.ex. "effekterna av klimatförändringar kan leda till fler krig" eller "krig orsakar enorma skador på människor och samhällen" (fakta) och en uppfattning om vad som är önskvärt/moraliskt, t.ex. "enorma skador på människor och samhällen är dåligt" (som jag skulle säga är en värdering, om än rätt okontroversiell). Funtowicz och Ravetz presenterar inga övertygande argument för att fakta och värderingar inte går att skilja åt. Det är också oklart varför de ena är viktigare än de andra när vi pratar åtgärder mot till exempel klimatförändringar. Vi behöver fakta för att få en uppfattning om vad som kan hända och vilka åtgärder som kan vara effektiva, och våra värderingar kan säga oss vilka åtgärder som är önskvärda eller politiskt genomförbara.
Sen var det "extended peer groups". Idén, som är den del av post-normal vetenskap jag tycker är mest intressant, är att bredare grupper behöver bli involverade i att kontrollera kvaliteten på vetenskapliga resultat. Exemplen som framför allt tas upp är människor som drabbas av utsläpp, miljöförstörelse eller tidigare okända sjukdomar. Dessa grupper anses ha besitta värdefull information i form av "utvidgade fakta", t.ex. anekdoter ("They will also have 'extended facts', including anecdotes, informal surveys, and official information published by inofficial means.").
Här saknar jag verkligen en diskussion kring exakt hur man använder sådan "utvidgad fakta" för att få en bättre bild av verkligheten och fatta bättre beslut. Jag anser att den typen av information borde kunna fungera som underlag till mer djupgående och mer kontrollerade studier, men inte ska behandlas på samma sätt som vetenskapliga resultat. Det beror inte på att det ena presenteras av icke-experter och det andra av forskare, utan på att den vetenskapliga metoden hjälper oss att undvika en hel del av de fallgropar vi alla lätt hamnar i när vi ska tolka anekdoter eller dra slutsatser från vad vi hört när vi pratat med folk om ett problem. Tyvärr tror jag inte att detta är vad Funtowicz och Ravetz menar, eftersom de tar upp så kallad komplementär medicin (traditionell medicin kombinerat med alternativa behandlingar utan vetenskapligt bekräftad effekt) som ett positivt exempel.
Slutligen, några ord om författarnas allmänna attityd till vetenskap, som verkar vara genomgående negativ. Precis som i boken Science on the Verge använder de värdeladdade uttryck i vad som borde varit neutrala beskrivningar (de hävdar t.ex. att så kallad "normal vetenskap" är anti-intellektuell och antyder att den är lika dogmatisk som religiös extremism). Detta i kombination med den förvånande bristen på referenser gör att jag har svårt att ta författarna på allvar. De har konstruerat en modell av "normal vetenskap" som är fundamentalt oapplicerbar på mycket av den forskning som faktiskt bedrivs, bortser från de aspekter av akademisk forskning som inte passar dem, blandar ihop viktiga begrepp utan att argumentera för det, och för grunda och förenklade resonemang kring sina huvudpoänger. Det är möjligt att problemen de beskriver behöver en lösning, men den behöver i så fall vara betydligt mer genomtänkt.
lördag 28 oktober 2017
Science on the Verge kap. 3
Vi håller på att avveckla demokratin.
-Håkan Juholt, Sveriges ambassadör på Island
Never late, never lost, never unprepared är den i mitt tycke rätt omotiverade titeln på tredje kapitlet av Science on the Verge (mina kommentarer till kapitel 1 finns här och till kapitel 2 här). Kapitlet är skrivet av Alice Benessia, som disputerat i vetenskap, teknik och juridik och är research fellow vid Interdisciplitary Research Institute for Sustainability, University of Torino; samt Silvio Funtovicz, som också var medförfattare till kapitel 1. Kapitel 3 handlar om skiljelinjerna mellan vetenskap och andra verkamheter, speciellt i relation till politik och legitimering av politiska beslut.
Större delen av kapitlet upptas av en redogörelse ur historiskt perspektiv för hur man gått från att definiera vetenskapen som fundamentalt skiljd från resten av samhället i sin egen "vetenskapsrepublik", via ett hybridtillstånd mellan vetenskap och teknik motiverat av förhoppningar om materiella och ekonomiska framsteg, till dagens system där tal om teknisk innovation ersätter hänvisningar till vetenskapen som källa till kunskap och förståelse. Det är en tankeväckande redogörelse, och jag vet flera inom akademin som skulle nicka igenkännande åt att innovation seglat upp som det primära målet för offentligt finansierad forskning (ofta på bekostnad av mer nyfikenhetsdriven grundforskning).
Emellertid finns här också saker som är svårare att hålla med om. Det mest uppenbara exemplet på en sådan är att det i den här texten finns en tendens att slänga ut barnet med badvattnet när det gäller ambitionen att skilja sökandet efter vetenskapliga resultat från t.ex. ekonomiska intressen. Att separera vetenskapen helt från övriga samhället är visserligen inte möjligt, men är man medveten om hur ekonomiska intressen och ideologiska övertygelser kan påverka forskare så är det i alla fall möjligt att motverka de negativa effekterna på forskningens kvalité. Benessia och Funtovicz väljer istället att avfärda alla ambitioner om att skilja på kunskapsinhämtning och politiska eller affärsmässiga beslut som vilseledande (delusive), ett tämligen värdeladdat ord.
De andra resonemangen jag ställer mig tveksam till dyker upp i de sista två avsnitten, som handlar om ersättandet av vetenskap med innovation i det offentliga samtalet och som kräver lite noggrannare analys. Stycket om innovation börjar bra, med en redogörelse för hur man i policydokumet från EU kan se att denna tekniska innovation förväntas lösa vår tids stora utmaningar, t.ex. klimathot och ekonomiska kriser, ge oss fortsatt hög levnadsstandard och fler jobb. Sagda policydokument framställer innovaton som den enda lösningen på problemet med oändlig ekonomisk tillväxt på en ändlig planet. Efter ett tag tar författarna skuttet över pölen och ut i industrin, till IBMs "Smarter Planet"-satsning. Här presenteras världen och dess problem som ett känsligt men styrbart system, med informationsteknologi och Internet of Things som en förutsättning för att kunna styra detta system till ett långsiktigt hållbart tillstånd.
I Benessia och Funtoviczs analys av den här visionen påpekas att den baseras på tre antaganden: Att interaktionen mellan samhället och tekniska system kan reduceras till en ändlig mängd mätbar information; att relevanta fakta är tillgängliga i form av hanterbar data; samt att kvalitén på beslut som fattas på grund av denna data är oberoende av värderingar. Detta leder, enligt författarna, till en situation
...in which the normative sphere of politics and decision-making on public policy issue is reduced, hybridized and ultimately supplanted (substituted) by a technoscientific regime of data analysis and management. (p 102)
Här anser jag att författarna missar att påpeka att värderingar och normer egentligen inte är eliminerade ur beslutsprocessen, utan flyttade till ett tidigare stadium. Datorn Watson tas upp som exempel i texten och beskrivs som ett instrument för beslutsfattande i komplexa och brådskande situationer, som medicinsk diagnostik eller hantering av katastrofer. Detta är områden där våra värderingar är nästan osynliga för oss eftersom det verkar uppenbart vad som är ett bra resultat: Vi vill ha så korrekta och snabba diagnoser som möjligt för att rädda liv och minska lidande, och vi vill hantera katastrofer på ett sådant sätt att så få människor som möjligt kommer till skada. Vill vi använda verktyget Watson till beslutsfattande i situationer där ett bra resultat inte är lika lätt att definiera så borde det rimligtvis leda till att vi först måste bli klara över våra värderingar - om vi inte i stället stirrar oss blinda på själva verktyget.
I det avslutande avsnittet fortsätter Benessia och Funtovicz sin analys av smarta system i allmänhet och Smarter Planet i synnerhet med den långsökta slutsatsen att en tillvaro dominerad av smarta system är en tillvaro där varje minut är styrd och vår effektivitet optimerad, vilket skulle leda till att 'vår relation med det okända tyst elimineras' och att detta 'innefattar att avsäga sig en av de fundamentala källorna till mänsklig kreativitet och lärande'. Jag har läst de sista styckena i den här texten flera gånger och jag har fortfarande ingen aning om hur de kommer till den slutsatsen utifrån de förutsättningar de har presenterat. (Att läsa på om IBMs strategier de senaste decenniet hjälpte inte heller - de verkar mer intresserade av att förbättra infrastruktur. Fast jag kanske läste fel artiklar.) Den här luckan i resonemanget blir extra besvärlig eftersom den dyker upp i stycket där författarna kommer med formuleringen de valt som titel på hela kapitlet: Aldrig försenad, aldrig vilse, aldrig oförberedd. Det pekar på att det här resonemanget är deras huvudpoäng, så det hade varit bra om den hade varit en naturlig följd av tidigare tankegångar. I alla fall föreslår författarna att man borde ha en kollektiv, demokratisk diskussion om huruvida den nuvarande tekniska utvecklingen verkligen är något vi vill ha eller ej.
I likhet med Håkan Juholt verkar Benessia och Funtovicz anse att vi är på väg mot en teknokratisk diktatur, eller rentav en tillvaro styrd av informationsteknologi och algoritmer (om vi nu inte redan är där). Det finns mycket som är avhängigt av värderingar och som är värt att diskutera här, som sårbarheten i ett högteknologiskt samhälle, självkörande bilars etiska prioriteringar, huruvida människor kan manipuleras via sociala medier och om AI lärs upp till att bli fördomsfulla för att vi ger dem skev indata. Tredje kapitlet i Science on the Verge hade kunnat vara en intressant del av en sådan diskussion, om de inte hade lämnat ett gapande hål i sitt resonemang precis innan huvudpoängen. Som det nu är blir jag mest övertygad om att jag inte vill diskutera med författarna till denna text, åtminstone inte förrän de förklarat exakt hur den nuvarande utvecklingen kräver att vi 'överger mångfald, individualitet och relationen till det okända'.
-Håkan Juholt, Sveriges ambassadör på Island
Never late, never lost, never unprepared är den i mitt tycke rätt omotiverade titeln på tredje kapitlet av Science on the Verge (mina kommentarer till kapitel 1 finns här och till kapitel 2 här). Kapitlet är skrivet av Alice Benessia, som disputerat i vetenskap, teknik och juridik och är research fellow vid Interdisciplitary Research Institute for Sustainability, University of Torino; samt Silvio Funtovicz, som också var medförfattare till kapitel 1. Kapitel 3 handlar om skiljelinjerna mellan vetenskap och andra verkamheter, speciellt i relation till politik och legitimering av politiska beslut.
Större delen av kapitlet upptas av en redogörelse ur historiskt perspektiv för hur man gått från att definiera vetenskapen som fundamentalt skiljd från resten av samhället i sin egen "vetenskapsrepublik", via ett hybridtillstånd mellan vetenskap och teknik motiverat av förhoppningar om materiella och ekonomiska framsteg, till dagens system där tal om teknisk innovation ersätter hänvisningar till vetenskapen som källa till kunskap och förståelse. Det är en tankeväckande redogörelse, och jag vet flera inom akademin som skulle nicka igenkännande åt att innovation seglat upp som det primära målet för offentligt finansierad forskning (ofta på bekostnad av mer nyfikenhetsdriven grundforskning).
Emellertid finns här också saker som är svårare att hålla med om. Det mest uppenbara exemplet på en sådan är att det i den här texten finns en tendens att slänga ut barnet med badvattnet när det gäller ambitionen att skilja sökandet efter vetenskapliga resultat från t.ex. ekonomiska intressen. Att separera vetenskapen helt från övriga samhället är visserligen inte möjligt, men är man medveten om hur ekonomiska intressen och ideologiska övertygelser kan påverka forskare så är det i alla fall möjligt att motverka de negativa effekterna på forskningens kvalité. Benessia och Funtovicz väljer istället att avfärda alla ambitioner om att skilja på kunskapsinhämtning och politiska eller affärsmässiga beslut som vilseledande (delusive), ett tämligen värdeladdat ord.
De andra resonemangen jag ställer mig tveksam till dyker upp i de sista två avsnitten, som handlar om ersättandet av vetenskap med innovation i det offentliga samtalet och som kräver lite noggrannare analys. Stycket om innovation börjar bra, med en redogörelse för hur man i policydokumet från EU kan se att denna tekniska innovation förväntas lösa vår tids stora utmaningar, t.ex. klimathot och ekonomiska kriser, ge oss fortsatt hög levnadsstandard och fler jobb. Sagda policydokument framställer innovaton som den enda lösningen på problemet med oändlig ekonomisk tillväxt på en ändlig planet. Efter ett tag tar författarna skuttet över pölen och ut i industrin, till IBMs "Smarter Planet"-satsning. Här presenteras världen och dess problem som ett känsligt men styrbart system, med informationsteknologi och Internet of Things som en förutsättning för att kunna styra detta system till ett långsiktigt hållbart tillstånd.
I Benessia och Funtoviczs analys av den här visionen påpekas att den baseras på tre antaganden: Att interaktionen mellan samhället och tekniska system kan reduceras till en ändlig mängd mätbar information; att relevanta fakta är tillgängliga i form av hanterbar data; samt att kvalitén på beslut som fattas på grund av denna data är oberoende av värderingar. Detta leder, enligt författarna, till en situation
...in which the normative sphere of politics and decision-making on public policy issue is reduced, hybridized and ultimately supplanted (substituted) by a technoscientific regime of data analysis and management. (p 102)
Här anser jag att författarna missar att påpeka att värderingar och normer egentligen inte är eliminerade ur beslutsprocessen, utan flyttade till ett tidigare stadium. Datorn Watson tas upp som exempel i texten och beskrivs som ett instrument för beslutsfattande i komplexa och brådskande situationer, som medicinsk diagnostik eller hantering av katastrofer. Detta är områden där våra värderingar är nästan osynliga för oss eftersom det verkar uppenbart vad som är ett bra resultat: Vi vill ha så korrekta och snabba diagnoser som möjligt för att rädda liv och minska lidande, och vi vill hantera katastrofer på ett sådant sätt att så få människor som möjligt kommer till skada. Vill vi använda verktyget Watson till beslutsfattande i situationer där ett bra resultat inte är lika lätt att definiera så borde det rimligtvis leda till att vi först måste bli klara över våra värderingar - om vi inte i stället stirrar oss blinda på själva verktyget.
I det avslutande avsnittet fortsätter Benessia och Funtovicz sin analys av smarta system i allmänhet och Smarter Planet i synnerhet med den långsökta slutsatsen att en tillvaro dominerad av smarta system är en tillvaro där varje minut är styrd och vår effektivitet optimerad, vilket skulle leda till att 'vår relation med det okända tyst elimineras' och att detta 'innefattar att avsäga sig en av de fundamentala källorna till mänsklig kreativitet och lärande'. Jag har läst de sista styckena i den här texten flera gånger och jag har fortfarande ingen aning om hur de kommer till den slutsatsen utifrån de förutsättningar de har presenterat. (Att läsa på om IBMs strategier de senaste decenniet hjälpte inte heller - de verkar mer intresserade av att förbättra infrastruktur. Fast jag kanske läste fel artiklar.) Den här luckan i resonemanget blir extra besvärlig eftersom den dyker upp i stycket där författarna kommer med formuleringen de valt som titel på hela kapitlet: Aldrig försenad, aldrig vilse, aldrig oförberedd. Det pekar på att det här resonemanget är deras huvudpoäng, så det hade varit bra om den hade varit en naturlig följd av tidigare tankegångar. I alla fall föreslår författarna att man borde ha en kollektiv, demokratisk diskussion om huruvida den nuvarande tekniska utvecklingen verkligen är något vi vill ha eller ej.
I likhet med Håkan Juholt verkar Benessia och Funtovicz anse att vi är på väg mot en teknokratisk diktatur, eller rentav en tillvaro styrd av informationsteknologi och algoritmer (om vi nu inte redan är där). Det finns mycket som är avhängigt av värderingar och som är värt att diskutera här, som sårbarheten i ett högteknologiskt samhälle, självkörande bilars etiska prioriteringar, huruvida människor kan manipuleras via sociala medier och om AI lärs upp till att bli fördomsfulla för att vi ger dem skev indata. Tredje kapitlet i Science on the Verge hade kunnat vara en intressant del av en sådan diskussion, om de inte hade lämnat ett gapande hål i sitt resonemang precis innan huvudpoängen. Som det nu är blir jag mest övertygad om att jag inte vill diskutera med författarna till denna text, åtminstone inte förrän de förklarat exakt hur den nuvarande utvecklingen kräver att vi 'överger mångfald, individualitet och relationen till det okända'.
söndag 17 september 2017
Kolelektronik och bandgapets betydelse
Det finns en självuppfyllande profetia som många förmodligen hört talas om, som kallas Moores lag. Den formulerades av Intels grundare Gordon E. Moore och säger att antalet transistorer som får plats på ett chip växer exponentiellt. Det betyder att man kan tillverka mer och mer kraftfulla processorer och därmed också snabbare och bättre datorer. Att jag kallar det en självuppfyllande profetia beror på att både industrin och forskarvärlden jobbat rätt hårt genom åren för att Moores lag ska fortsätta gälla.
På senare tid har det dock börjat gnissla lite i maskineriet, i takt med att man börjar närma sig gränserna för dagens teknik. Transistorerna i dagens datorer är gjorda i halvledarmaterialet kisel, och det finns gränser för hur små kiselkomponenter kan bli innan man börjar få problem med diverse lustiga kvanteffekter. Det är med andra ord hög tid för branschen att hitta på nåt nytt.
Eftersom grundämnet kol finns med i titeln på den här texten kunde man tro att lösningen skulle vara supermaterialet grafen, men grafen är faktiskf inte det mest uppenbara valet om man vill ersätta kisel rakt av. För att förstå varför behöver vi ta oss en närmare titt på vad en transistor gör, och varför det är så viktigt att kisel är en halvledare.
Först måste vi dock påminna om vad en halvledare är (om man redan har koll på detta kan man hoppa till nästnästa stycke). Många material i vår omgivning är isolatorer som inte leder elektrisk ström alls, som glas och trä till exempel. Det beror på att elektronerna i dessa material sitter fast. Elektroner i ett fast material kan existera i olika energitillstånd, så kallade band. Om ett band blir helt fullt av elektroner kan de elektronerna inte förflytta sig genom materialet. Det är så det ser ut i exempelvis glas: vissa band är helt fulla, andra helt tomma, och om en elektron ska flytta sig från ett fullt band till ett tomt krävs stora mängder energi (ofta så mycket att materialet smälter istället). Å andra sidan har vi också metaller som koppar eller silver, som leder elektrisk ström bra. Det beror på att istället för bara fulla och tomma band har de också ett lite halvfullt band, och elektronerna där kan lätt fara iväg om de känner av ett elektriskt fält (som när du drar en koppartråd mellan polerna på ett batteri till exempel).
Om vi undersöker en halvledare vid låg temperatur (säg i ett bad av flytande kväve) ser de ut som isolatorerna trä och glas, med helt fulla eller helt tomma band. Om vi tar upp dem ur kvävebadet och låter dem nå rumstemperatur ser vi dock att de börjar leda elektrisk ström, inte alls lika bra som metaller men mycket bättre än en genomsnittlig träbit. Det beror på att energiskillnaden mellan de fulla och de tomma banden är tillräckligt liten för att värmeenergin vid rumstemperatur ska kunna knuffa upp några elektroner från de fulla banden till det tomma. Elektronerna som hamnat i de tomma bandet kan då börja förflytta sig, och eftersom de lämnat ett tomt utrymme bakom sig i det tidigare fulla bandet kan elektronerna där också bli rörliga. Energiskillnaden mellan det fulla och det tomma bandet kallas bandgap.
Halvledare är viktiga inom elektronik för att man relativt enkelt kan justera deras ledningsförmåga på olika sätt. Om man till exempel tillsätter små mängder av ett annat grundämne, ofta gallium eller arsenik, till kisel kan man höja ledningsförmågan. Detta kallas att dopa halvledaren och beror på att de andra grundämnena skapar "mellannivåer" mellan det fulla och det tomma bandet. Eftersom de här dopämnena själva har antingen fler eller färre elektroner per atom än den ursprungliga halvledaren får man dock två sorters dopning: Om dopatomen har fler elektroner än halvledaren får man ett överskott av elektroner (n-doping) och har den färre får man ett underskott som leder till nåt som kallas elektron-hål (p-doping).
Man kan också styra ledningsförmågan efter att halvledaren tillverkats. Säg till exempel att du har tre halvledar-bitar, två p-dopade på vardera sidan och en n-dopad i mitten. Den tingesten kommer knappt att leda någon ström alls, vilket beror på att det är svårt för elektronerna att ta sig från ett p-dopat område till ett n-dopat. Om man nu lägger ett elektriskt fält på den n-dopade biten i mitten, på tvärs mot de p-dopade delarna, så kan man få elektronerna att samlas i en del av det n-dopade området. Blir fältet tillräckligt starkt kan det till och med skapa en liten kanal där det är underskott på elektroner, och då börjar hela strukturen leda ström (eftersom vi har underskott på elektroner på båda sidor och i en kanal i mitten kan de ta sig hela vägen igenom). Detta är grundprincipen bakom en fälteffekttransistor, den transistortyp som gör jobbet i din dator, platta eller smartphone.
Men grafen då? Grafen räknas som en halvledare, men har den egenheten att dess bandgap är noll. Det betyder att i transistorsammanhang beter sig grafen nästan som en metall, och går därför inte att använda i transistorer som det är. De som tillverkar transistorer i grafen måste därför försöka öppna upp ett bandgap på något sätt, exempelvis genom att placera grafenet på olika substrat eller modifiera ytan. (En annan approach är att frångå fälteffekt-tekniken och satsa på att manipulera elektronernas spin med ett magnetfält istället.)
Emellertid behöver man inte ge upp bara för att grafen har visat sig vara besvärligt - det finns nämligen andra spännande kolstrukturer att använda. En variant som man jobbat på länge, men som verkar ha fått mycket uppmärksamhet på sistone, är så kallade kolnanorör. Ett kolnanorör kan beskrivas som ett hoprullat grafenplan, och är nästan lika häftigt som grafen - nästan lika bra ledningsförmåga, mekaniskt starkt, lätt och bra på att leda värme. Nanorör kan dessutom bete sig antingen som metaller eller som halvledare, beroende på exakt hur de är "hoprullade". Lyckas man bara välja ut de halvledande nanorören så kan man få en superliten, supertunn transistor.
Emellertid vill forskare i regel ta det längre än så. Ett exempel är den grupp från Stanford som konstruerat ett tredimensionellt chip där samtliga transistorer baseras på halvledande kolnanorör. Det är inte hela strukturen som består av kol - den står på en bottenplatta av konventionella halvledare, arbetsminnet består av metall och hafniumoxid och nanorören är förbundna med metalliska elektroder. Ändå är nanorörs-transisitorerna speciella, och inte bara för att nanorören är så tunna. Eftersom de har en mycket lägre tillverkningstemperatur än ett vanligt kiselchip kan man bygga på den tredimensionella strukturen lager för lager, istället för att producera varje lager för sig och sedan bygga ihop dem i efterhand. Det har möjliggjort en tätare struktur med snabbare informationsöverföring. Prototypkretsen som forskargruppen konstruerat kan känna igen vanliga gaser i atmosfären, genom att det översta lagret kolnanorör fungerar som sensorer och de undre lagren har programmerats med en självlärande algoritm som klassificerar sensorernas signaler.
Ett sånt tredimensionellt chip är ju onekligen lite häftigt, och lär bli ännu häftigare när tillverkningsmetoderna blivit mer förfinade. En möjlig förbättring diskuteras längst ner i artikeln jag länkat till ovan. Där påpekas att en annan forskargrupp, denna gång från företaget IBM, lyckats minska ytan som en kolnanorörs-transistor tar upp ytterligare genom att förbättra kontakten mellan kolnanoröret och molybdenelektroderna som leder signalen till och från röret. De har lyckats med detta genom att skapa starka kovalenta bindningar mellan elektroden och nanoröret, vilket ger bättre ledningsförmåga över en mindre kontaktyta.
Moore's lag kanske kan klara sig ett tag till trots allt.
Halvledare är viktiga inom elektronik för att man relativt enkelt kan justera deras ledningsförmåga på olika sätt. Om man till exempel tillsätter små mängder av ett annat grundämne, ofta gallium eller arsenik, till kisel kan man höja ledningsförmågan. Detta kallas att dopa halvledaren och beror på att de andra grundämnena skapar "mellannivåer" mellan det fulla och det tomma bandet. Eftersom de här dopämnena själva har antingen fler eller färre elektroner per atom än den ursprungliga halvledaren får man dock två sorters dopning: Om dopatomen har fler elektroner än halvledaren får man ett överskott av elektroner (n-doping) och har den färre får man ett underskott som leder till nåt som kallas elektron-hål (p-doping).
Man kan också styra ledningsförmågan efter att halvledaren tillverkats. Säg till exempel att du har tre halvledar-bitar, två p-dopade på vardera sidan och en n-dopad i mitten. Den tingesten kommer knappt att leda någon ström alls, vilket beror på att det är svårt för elektronerna att ta sig från ett p-dopat område till ett n-dopat. Om man nu lägger ett elektriskt fält på den n-dopade biten i mitten, på tvärs mot de p-dopade delarna, så kan man få elektronerna att samlas i en del av det n-dopade området. Blir fältet tillräckligt starkt kan det till och med skapa en liten kanal där det är underskott på elektroner, och då börjar hela strukturen leda ström (eftersom vi har underskott på elektroner på båda sidor och i en kanal i mitten kan de ta sig hela vägen igenom). Detta är grundprincipen bakom en fälteffekttransistor, den transistortyp som gör jobbet i din dator, platta eller smartphone.
Men grafen då? Grafen räknas som en halvledare, men har den egenheten att dess bandgap är noll. Det betyder att i transistorsammanhang beter sig grafen nästan som en metall, och går därför inte att använda i transistorer som det är. De som tillverkar transistorer i grafen måste därför försöka öppna upp ett bandgap på något sätt, exempelvis genom att placera grafenet på olika substrat eller modifiera ytan. (En annan approach är att frångå fälteffekt-tekniken och satsa på att manipulera elektronernas spin med ett magnetfält istället.)
Emellertid behöver man inte ge upp bara för att grafen har visat sig vara besvärligt - det finns nämligen andra spännande kolstrukturer att använda. En variant som man jobbat på länge, men som verkar ha fått mycket uppmärksamhet på sistone, är så kallade kolnanorör. Ett kolnanorör kan beskrivas som ett hoprullat grafenplan, och är nästan lika häftigt som grafen - nästan lika bra ledningsförmåga, mekaniskt starkt, lätt och bra på att leda värme. Nanorör kan dessutom bete sig antingen som metaller eller som halvledare, beroende på exakt hur de är "hoprullade". Lyckas man bara välja ut de halvledande nanorören så kan man få en superliten, supertunn transistor.
Emellertid vill forskare i regel ta det längre än så. Ett exempel är den grupp från Stanford som konstruerat ett tredimensionellt chip där samtliga transistorer baseras på halvledande kolnanorör. Det är inte hela strukturen som består av kol - den står på en bottenplatta av konventionella halvledare, arbetsminnet består av metall och hafniumoxid och nanorören är förbundna med metalliska elektroder. Ändå är nanorörs-transisitorerna speciella, och inte bara för att nanorören är så tunna. Eftersom de har en mycket lägre tillverkningstemperatur än ett vanligt kiselchip kan man bygga på den tredimensionella strukturen lager för lager, istället för att producera varje lager för sig och sedan bygga ihop dem i efterhand. Det har möjliggjort en tätare struktur med snabbare informationsöverföring. Prototypkretsen som forskargruppen konstruerat kan känna igen vanliga gaser i atmosfären, genom att det översta lagret kolnanorör fungerar som sensorer och de undre lagren har programmerats med en självlärande algoritm som klassificerar sensorernas signaler.
Ett sånt tredimensionellt chip är ju onekligen lite häftigt, och lär bli ännu häftigare när tillverkningsmetoderna blivit mer förfinade. En möjlig förbättring diskuteras längst ner i artikeln jag länkat till ovan. Där påpekas att en annan forskargrupp, denna gång från företaget IBM, lyckats minska ytan som en kolnanorörs-transistor tar upp ytterligare genom att förbättra kontakten mellan kolnanoröret och molybdenelektroderna som leder signalen till och från röret. De har lyckats med detta genom att skapa starka kovalenta bindningar mellan elektroden och nanoröret, vilket ger bättre ledningsförmåga över en mindre kontaktyta.
Moore's lag kanske kan klara sig ett tag till trots allt.
Prenumerera på:
Inlägg (Atom)